(57)【要約】特にターボチャージャー用スラスト軸受は、幾何方程式によって定義される自由形態曲率または非線形形状を含む、スラストパッド面上の固有な形状を有する。スラストパッド面は、プログラミングされた線形アクチュエータシステムおよび切削工具によって構成され得る。【選択図】        図１、図１６、図１７
2019529832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体−膜（ｆｌｕｉｄ−ｆｉｌｍ）スラスト軸受であって：
一側面上に第１表面および前記第１表面から反対側面上に第２表面を有するディスク部材を含み；
前記第１表面は、その上に複数のスラストパッド部材を有し、前記スラストパッド部材各々は、軸方向に配向された外面を有し；
前記外面各々は、その少なくとも一部分上に湾曲したプロファイル形状（ｃｕｒｖｅｄ  ｐｒｏｆｉｌｅ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を有し；
前記湾曲したプロファイル形状は、非線形幾何方程式（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）によって定義される、流体−膜スラスト軸受。
【請求項２】
前記ディスク部材内に中央開口をさらに含み、前記ディスク部材は、シャフト部材上に位置決めすることができ、前記スラストパッド部材は、楔形の構成を有する、請求項１に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項３】
前記パッド部材は、前記第１表面上に円形配向に配置され、前記スラスト軸受は、ターボチャージャー・スラスト軸受である、請求項１に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項４】
前記第１表面上に位置した複数の流体チャンネルをさらに含み、流体は、前記第１表面上の前記パッド部材に適用され得る、請求項１に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項５】
前記第２表面上に複数のスラストパッド部材をさらに含む、請求項１に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項６】
前記第２表面上の前記スラストパッド部材各々は、外面が湾曲したプロファイル形状を有する楔形の構成を有する、請求項５に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項７】
前記第２表面上の前記スラストパッド部材の前記外面上の前記湾曲したプロファイル形状は、前記第１表面上の前記スラストパッド部材の前記外面上の前記湾曲したプロファイル形状を定義する同一の方程式によって定義される、請求項６に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項８】
流体−膜スラスト軸受であって：
一側面上に第１表面および前記第１表面から反対側面上に第２表面を有するディスク部材を含み；
前記第１表面は、その上に複数のスラストパッド部材を有し、前記スラストパッド部材各々は、軸方向に配向された外面を有し；
前記外面各々は、その少なくとも一部分上に湾曲したプロファイル形状を有し；
前記湾曲したプロファイル形状は、方程式ｈ＝ａ（ｘ）ｋによって定義される自由形態（ｆｒｅｅ−ｆｏｒｍｅｄ）であり；ここで「ｈ」は、パッド上に配置されたデータに対するパッド高さであり、「ａ」は、定数であり、「ｘ」は、スラストパッド表面上の点位置であり、「ｋ」は、べき（ｐｏｗｅｒ）である、流体−膜スラスト軸受。
【請求項９】
前記第２表面上に複数のスラストパッド部材をさらに含む、請求項８に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項１０】
「ｋ」は、１超過のべきである、請求項８に記載の流体スラスト軸受。
【請求項１１】
スラスト軸受の第１表面上にスラストパッドを形成する方法であって：
前記スラスト軸受の第１表面上に一体に形成された複数のスラストパッドを有するスラスト軸受を提供することであって、前記スラストパッド各々が前方面（ｆｒｏｎｔ  ｆａｃｅ）を有する、前記スラスト軸受を提供することと；
スラストパッドプロファイルを選択または入力することと；
装置を提供することであって、前記装置は、
アクチュエータ、
前記スラストパッド各々の前記前方面を機械加工するために前記アクチュエータに結合された切削工具、および
アクチュエータを誘導するための制御器を含む、前記装置を提供することと；および
前記スラスト軸受の前記第１表面上の前記スラストパッドの前記前方面上に前記スラストパッドプロファイルを機械加工することと；を含む、スラストパッドを形成する方法。
【請求項１２】
前記スラスト軸受は、ターボチャージャー・スラスト軸受である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スラストパッドの前記前方面の機械加工は、前記前方面上に幾何方程式によって定義される非線形テーパプロファイルを提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記スラストパッドの前記前方面の機械加工は、前記前方面上に自由形態のプロファイルを提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１表面に対向する前記スラスト軸受の第２表面上に第２複数のスラストパッドを提供することであって、前記第２複数のスラストパッド各々は、前方面を有する、前記第２複数のスラストパッドを提供すること；および
前記第２複数のスラストパッド各々の前記前方面上にスラストパッドプロファイルを機械加工することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にターボチャージャー用スラスト軸受、およびスラスト軸受の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラスト軸受は、特定類型の回転要素軸受（ｒｏｔａｒｙ−ｅｌｅｍｅｎｔ  ｂｅａｒｉｎｇ）であり、軸方向荷重を支持するように設計されている。スラスト軸受は、一般に自動車、船舶、発電および宇宙航空用途で使用される。１つの一般的な用途は、特に乗用車および商用車用ターボチャージャーにある。
【０００３】
ターボチャージャーは、より多くの燃料が各エンジンサイクルで燃焼され得るように、より高い充填空気密度（ｃｈａｒｇｅ−ａｉｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を提供することによって、エンジン出力を増加させるのに使用される。ターボチャージャーの使用は、より小さいエンジンの使用を可能にし、そしてより大きいエンジンと類似した動力および性能を維持させる。これはまた、より小さく、より軽い車両の設計および生産につながり、結果的に重量が減少し、燃費が向上される。
【０００４】
ターボチャージャーに利用されるスラスト軸受の１つの類型は、軸受寿命の延長および費用の減少を提供する固定型プロファイルの流体−膜スラスト軸受（ｆｌｕｉｄ−ｆｉｌｍ  ｔｈｒｕｓｔ  ｂｅａｒｉｎｇ）である。スラスト軸受は、スラスト軸受ディスクの一面または両面上に配置された複数のスラストパッドを含み、シャフト上にまたはその周りに配置するための中央開口を有する。これらのスラスト軸受は、印加されたスラストを支持し、メタルオンメタル（ｍｅｔａｌ−ｏｎ−ｍｅｔａｌ）接触を除去する、カラーワッシャ（ｃｏｌｌａｒ  ｗａｓｈｅｒ）などのオイル領域をスラストパッドと回転ディスク部材との間に生成する。
【０００５】
流体−膜スラスト軸受用スラストパッドを製造する現在の方法は、長すぎるサイクル時間を有し、高価であるか、あるいは、しばしばパッドの幾何学的構造による公差問題を生じさせ、しばしばさらなる努力と高価の再設計を誘発するスタンピングによって製造される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、改良された固定型プロファイルの流体−膜スラスト軸受を提供することである。別の目的は、流体−膜スラスト軸受用の改良されたスラストパッドを提供することである。本発明のさらに別の目的は、特にスラスト軸受用スラストパッドの形成に対してスラスト軸受の改良された製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらおよび他の目的のみならず、追加的な費用および性能利点が本発明から得られる。流体−膜スラスト軸受およびスラストパッドは、より精密な形状および幾何学的構造のみならず、短縮された製造サイクル時間で製造することができる。関連利点は、荷重容量の増加および／または軸受大きさの減少および油膜損失の減少を含む。
【０００８】
スラスト軸受は、スラスト軸受ディスクの一面または両面上に複数のスラストパッドを有する。スラストパッドは、好ましくは、隣接したオイル溝およびリザーバ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）を有する楔形である。スラストパッドの外面は、非線形幾何学的または自由形態の形状でプロファイリングされる。プロファイルは、平坦なランド部があるか、またはない単一または複合形状を有する。自由形態のプロファイル（ｆｒｅｅ−ｆｏｒｍｅｄ  ｐｒｏｆｉｌｅ）は、べき乗則方程式（ｐｏｗｅｒ  ｌａｗ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）によって定義され得る。
【０００９】
スラストパッドは、高周波高荷重容量の線形アクチュエータ機械加工アセンブリを使用して自身の最終プロファイルおよび形状で機械加工される。スラストパッドを構成する幾何学的または自由形態の形状は、アクチュエータアセンブリ上の切削工具の半径方向および軸方向軌跡を寸法的に可変させることによって形成される。スラスト軸受ディスクが特大型スラストパッドでつくられると、ディスクは、線形作動式切削工具に対して制御器同期化運動によって回転する。切削工具の先端（ｔｉｐ）軌跡は、スラストパッドのための所望の最終プロファイルを生成する。
【００１０】
本発明の他の特徴、利点および長所は、添付された図および特許請求の範囲と組み合わせ、以下に記載した本発明の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ターボチャージャーの概略図である。
【図２】図２は、公知されたスラスト軸受を示す。
【図３】図３は、公知されたスラスト軸受を示す。
【図４】図４は、図３の４−４線に沿った断面図である。
【図５】図５は、図３の５−５線に沿った断面図である。
【図６】図６は、スラストパッド面（ｔｈｒｕｓｔ  ｐａｄ  ｆａｃｅ）に対する公知された形状を示す。
【図７】図７は、スラストパッド面に対する公知された形状を示す。
【図８】図８は、スラストパッド面に対する公知された形状を示す。
【図９】図９は、スラストパッド面に対する公知された形状を示す。
【図１０】図１０は、スラストパッド面に対する公知された形状を示す。
【図１１】図１１は、他の公知されたスラスト軸受を示す。
【図１２】図１２は、他の公知されたスラスト軸受を示す。
【図１３】図１３は、追加的な類型の公知されたスラスト軸受を示す。
【図１４】図１４は、本発明によるスラスト軸受用スラストパッド面に対する形状を示す。
【図１５】図１５は、本発明によるスラスト軸受用スラストパッド面に対する形状を示す。
【図１６】図１６は、本発明によるスラスト軸受用スラストパッド面に対する形状を示す。
【図１７】図１７は、本発明によるスラスト軸受用スラストパッド面に対する形状を示す。
【図１８】図１８は、本発明によるスラスト軸受用スラストパッド面に対する形状を示す。
【図１９】図１９は、本発明によるスラスト軸受用スラストパッド面に対する形状を示す。
【図２０】図２０は、スラストパッド面上に形状およびプロファイルを形成するための本発明のプロセスの一実施形態を概略的に示す。
【図２１】図２１は、スラストパッド面上に形状およびプロファイルを形成するための本発明のプロセスの一実施形態を概略的に示す。
【図２２】図２２は、本発明のプロセスを利用するためのフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
好ましい実施形態の説明
ターボチャージャーは、３つの主要構成要素、すなわちタービン、圧縮機および中央ハウジング／ハブアセンブリを有する。中央ハブ回転アセンブリは、圧縮機インペラとタービンとを連結するシャフトをハウジングする。アセンブリは、シャフトを懸架するための軸受システムを備えており、シャフトが最小限の摩擦で高速で回転することを可能にする。ターボチャージャーシャフトおよびタービンホイールアセンブリは、３００，０００ｒｐｍを超過して回転し得る。自動車用途において軸受システムは、通常加圧エンジンオイルの一定の供給によって潤滑されるスラスト軸受を含む。これらの軸受は、一般に流体−膜軸受と呼ばれる。
【００１３】
今日、スラスト軸受用パッドを製造するための方法は、通常高価で時間がかかる。これは、サイクル時間を短縮し、製造費用を増加させる。他の公知された方法は、スタンピングプロセスによってスラスト軸受およびパッドを生産する。この方法は、より安価で、より速いが、しばしば不満足な公差および幾何学的構造を有するパッドをつくり、しばしば寿命短縮、性能低下、およびオイル損失増加を誘発する。
【００１４】
また、本発明がターボチャージャー用スラスト軸受に対して示し、かつ説明されているが、本発明は、重装備などの多くの他の製品およびシステムで使用されるスラスト軸受で利用され得るということを理解すべきである。
【００１５】
図１は、一般的な代表的ターボチャージャー２０の概略図である。ターボチャージャーは、圧縮機ホイール２２、タービンホイール２４、回転シャフト部材２６およびハウジング部材２８を含む。他の構成要素は、スラスト軸受３０、スラストリングワッシャ（カラーディスクとも呼ばれる）３２、振り切りリング（ｆｌｉｎｇｅｒ  ｒｉｎｇ）またはスリーブ３４および圧縮機ナット３６を含む。圧縮機ホイールおよびタービンホイールは、シャフト部材２６に連結される。スラスト軸受３０は、ハウジングに取り付けられて回転しない。スラストリングワッシャ３２および振り切りリングスリーブ３４は、シャフト部材に取り付けられ、それとともに回転する。圧縮機ナット３６は、シャフト部材２６の端部上に螺合され、圧縮機ホイール２２、振り切りリング３４およびリングワッシャ３２をともに圧縮する。他の軸受（図示せず）は、ハウジング内側のシャフト部材の回転を容易にするのに使用され、しばしば放射状ブッシュなどの他のブッシュ、または軸受がスラスト軸受と組み合わせて利用される。
【００１６】
スラスト軸受パッドは、軸方向に、すなわちシャフトの軸および回転カラーに平行に延びられ、シャフトの軸に垂直なスラストパッド表面（面とも呼ばれる）を有する。回転カラーは、ワッシャとも呼ばれ、それとスラスト軸受パッドとの間の流体−膜上に作用する平坦な側面または表面を有する。
【００１７】
振り切りスリーブはまた、それとスラスト軸受ディスクの隣接側面上の任意のスラスト軸受パッドとの間の流体−膜上に作用する平坦面を有する。
【００１８】
シャフト部材２６およびスラスト軸受３０でオイルを通過させるため、通路３８が軸受ハウジング内に提供されるか、または機械加工される。オイルは、これら構成要素を潤滑させるのみならず、所望の作動温度限界内で構成要素を冷却して維持するのに使用される。オイルは、ターボチャージャーが配置される車両のメインオイル供給システムから分配される。軸受内のオイル膜は、摩擦を減らし、軸受およびターボチャージャーの寿命を延ばす。
【００１９】
スラスト軸受は、一般にシャフトの周りに円形配向に配置された複数のスラストパッドを含む。スラストパッドの大きさおよび形状とパッドの数は、軸受が受ける荷重に応じて変わり得る。通常、軸受パッドは、３６０°円形パターンを形成するが、軽量の荷重を受ける軸受は、シャフトの周りに完全に延びないこともある。
【００２０】
スラスト軸受は、好ましくは、真鍮または青銅材質からなる。
【００２１】
代表的なスラスト軸受を図２〜図５に示す。図２に示すように、スラスト軸受５０は、中央シャフト開口５２および複数の個々のスラストパッド部材５４を有する円形の形状である。各パッド部材の外面は、ランド部５３およびテーパ部５５を有する。シャフト部材２６（破線で示す）は、開口５２内に位置し、矢印５７の方向に回転する。容易な説明のために、シャフト部材２６の外径と開口５２の内径との間のクリアランス（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）が拡大されている。実際のクリアランスは、一般的に数ミリメートルである。
【００２２】
複数のオイル溝５８がスラスト軸受上に位置し、各スラストパッド５４の間に溝が位置する。オイルの流入および循環を容易にするため、各オイル溝内に開口５９が位置する。スラスト軸受の外縁（ｏｕｔｅｒ  ｅｄｇｅ）またはリム５６は、シュラウド（ｓｈｒｏｕｄ）またはダム（ｄａｍ）と呼ばれる。設計意図によって、一部のスラスト軸受は、この特徴を有さないこともある。
【００２３】
さらに、図２および図３に示されたスラストパッドは、扇形または楔形を有するが、これは、重要ではない。スラスト軸受に使用されるスラストパッドは、円形、三角形、楕円形、セグメント形、または長方形などの様々な形状を有することができる。最大のフットプリントまたは面積を有するスラストパッドが自身の形状に関係なく好まれる。
【００２４】
スラスト軸受が一般にターボ機械に利用される場合、これらの対が厚い回転スラストカラーリング（ワッシャ）に隣接して位置し得る。したがって、スラストパッドは、ワッシャの両面上に配置され得る。他のターボ機械においては、１対のスラストワッシャが両面上にスラストパッドを有するスラスト軸受両面上に位置し得る。
【００２５】
図４および図５は、図３の４−４線および５−５線に沿った断面図である。これらは、スラストパッドがスラスト軸受の一部として形成されるか、機械加工されること、すなわちこれらが別の場所でつくられ、スラスト軸受ディスクに取り付けられた別個の構成要素または部品ではなく、その代わりにワンピース（ｏｎｅ−ｐｉｅｃｅ）製品の一体型部品であることを示している。
【００２６】
公知された流体−膜スラスト軸受内のスラストパッドの軸方向外面のプロファイルまたは形状は、通常１つ以上の線形テーパを有する。これは、図３および図４のみならず、図３および図４のスラストパッドの側面図である図６、および当該スラストパッドの端面図である図７に示されている。スラストパッド５４は、線形ランドまたは平坦部５３および線形の平坦なテーパ部５５を有する。テーパ部に対するランド部の円周長さの比は、通常約２０％〜８０％であるが、他の比率を利用することもできる。
【００２７】
他の公知された流体−膜スラスト軸受のスラストパッド１５４の軸方向外縁１５１のプロファイルおよび形状が図８および図９に示されている。この場合、軸方向外面は、複合テーパ形状を有する。ランドまたは平坦部１５３は、図６および図７のランドまたは平坦部１５３のものと同じであるが、テーパ部１５５は、円周方向１５１および１５５と側面放射状交差方向１５６の両方に線形テーパを有する。
【００２８】
スラストパッドのテーパ部は、オイルの流れがテーパ型ランプ「上」に進行するように、スピニング（回転）スラストカラー（ワッシャ）に対して配向される。これが図１０に示されている。オイルの流れは、スラスト回転カラー３２および固定式スラスト軸受３０に対して矢印６５で示す。（図１０はまた、以下に言及される他の項目も示している。）
【００２９】
示されているように、スラスト軸受は、ディスクの一面または両面上にスラストパッドを有することができる。スラストパッドは、好ましくは、両面型スラスト軸受の両面上に同一の位置、配向、大きさおよび形状を有するが、これは、熟練した技術者の裁量によって変更され得る。たとえば、パッドおよびオイル溝は、一面から他面へスタガ（ｓｔａｇｇｅｒ）され得る。通常、オイル溝およびリザーバは、同一であり、両面型スラスト軸受の両面上で同一の位置に配置されるであろう。
【００３０】
他の公知されたスラスト軸受７０が図１１に示されている。この製品においてスラストパッド７２は、各々図１２に示したように、段差型プロファイル７４を有する。
【００３１】
さらに、他の公知されたスラスト軸受８０が図１３に示されている。このスラスト軸受８０においてディスク本体は、シャフト部材２６′の一部のみを取り囲んでいる。それはまた、より少ないスラストパッド８２およびより少ないオイル溝８４を有する。このような類型のスラスト軸受８０は、軸方向面（ａｘｉａｌ  ｆａｃｅ）が全体３６０°スラストブッシュを必要とするいくつかのターボチャージャーが直面することより少ない状況で使用される。この類型の通常的なスラスト軸受は、２３０°形状を有する。
【００３２】
好ましくは、スラストパッドは、シャフトを中心としているか、または少なくともシャフトを中心とするピッチ円形状内に中心がある。スラスト軸受の残りの部分は、支持構造体として作用し、通常上部および側面で軸受ハウジングに連結さえすればよい。スラスト軸受の底にある軸受ハウジングの底部は、オイル排出のために開放された状態のままである。
【００３３】
本発明によると、スラスト軸受上のスラストパッドまたはスラストパッドの活性部分であるスラストパッド面の軸方向延長部のプロファイルは、著しく異なるプロファイルおよび形状を有することができる。平坦な表面、またはランドと単一または復合の線形テーパを有する表面を有するよりは、スラストパッドは、非線形の幾何学的形状または自由形態が湾曲したテーパを有する。表面は、可変型の半径方向および軸方向形状、好ましくは、複合形態の形状を有する。最適な効果のため、スラストパッドの表面に対する正確な曲線は、その表面上に最良のオイルの流れを生成することに基づいて決定される。
【００３４】
スラストパッドの自由形態の軸方向外面のプロファイルは、べき乗則方程式によって定義される形状を有することができる。この方程式は、ｈ＝ａ（ｘ）ｋであり、ここで「ｈ１」は、位置「ｘ１」における高さであり（図１０参照）、「ａ」は、定数であり、「ｘ」は、スラストパッド表面上の点位置であり、「ｋ」は、べき（ｐｏｗｅｒ）である。好ましい指数「ｋ」は、圧力を増加させるとき、２〜６（ｘ１は、線形であろう）の範囲である。「ｋ」に対する値の選択は、ターボチャージャーが設計される速度および荷重などの適用に依存する。さらに、スラストパッド上のテーパの前縁（ｌｅａｄｉｎｇ  ｅｄｇｅ）から後縁（ｔｒａｉｌｉｎｇ  ｅｄｇｅ）まで使用される「ｋ」指数は、複合非線形テーパの場合にスラストパッドの内径縁（ｉｎｓｉｄｅ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｅｄｇｅ）から外径縁（ｏｕｔｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｅｄｇｅ）までに使用される指数とは異なるように最適化される。指数が増加するにつれ（たとえば、「ｋ」＝９）、スラストパッドの活性表面がオイルの流れに対して多少の急な程度のステップパッドプロファイル（ｓｔｅｐ−ｐａｄ  ｐｒｏｆｉｌｅ）に接近する。
【００３５】
図１０に示すように、「ｈ」＝０および「ｘ」＝０である点線が示されており、これは、理論上最小膜厚がスラストパッド表面とワッシャカラーとの間で発生する位置を示す。これは、点線の端で軸方向矢印で表示されているように、正の方向で示されている。スラスト軸受が形成された後、最初に機械加工されるとき、後述したように、スラストパッドの表面上に材料の薄い層またはストック（ｓｔｏｃｋ）が残る。次いで、当該ストックが機械加工され、スラストパッド表面の最終プロファイルを形成する。
【００３６】
図１４および図１５は、平坦なランド部９４および非線形の幾何学的に湾曲したテーパ部９６を有する軸方向外面９２を有する本発明によるスラストパッド９０を示す。再び、平坦なランド部は、スラストパッドの後縁にある一方、スラストパッドの最下端部は、前縁にある。
【００３７】
用語「幾何学的に湾曲した（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ  ｃｕｒｖｅｄ）」は、プロファイルまたは形状が幾何方程式をしたがっており、平坦なまたは線形の形状を有さないということを意味する。
【００３８】
図１６および図１７は、スラストパッド上に複合の湾曲した軸方向外面表面１０２を有する本発明によるスラストパッド１００を示す。スラストパッドは、平坦なランド１０４、および図１７の前縁図から、複合の幾何学的曲線を有する非線形の幾何学的に湾曲したテーパ面１０６を有する。非線形テーパ１０７は、１０５の外径と同一ではない。内径１０７において非線形テーパ１０８は、１０７から１０５に転移している。図１８は、代替の複合テーパ形状または曲線を有する代替のスラストパッド１１０からの前縁図を示す。軸方向外側形状１１２は、異なる幾何学的形状または曲線１１４を有する。
【００３９】
図１９に示すように、本発明によると、幾何学的曲線１１８がスラストパッド１２０の前縁１１９で開始し、一方の端部から他方の端部１２１まで縦方向に連続的に湾曲しているため、ランド部または平坦部を全体的に除去することもできる。テーパ型外面の曲線は、前述した複合型の幾何学的に湾曲したプロファイル中のいずれかと類似するか、または異なる、単一の湾曲したテーパまたは複合型の湾曲したテーパであり得る。
【００４０】
用語「自由形態（ｆｒｅｅ  ｆｏｒｍ）」は、スラストパッドの軸方向外面上に提供された曲率およびテーパが幾何方程式で表現できないということを意味する。これらは、方程式基盤ではない。
【００４１】
本発明の他の様態によると、スラスト軸受を製造することに関し、そしてスラストパッド上に軸方向外面の曲率および／または形状を提供するために固有なプロセスが提供される。特に、プロセスは、スラストパッド表面上に自由形態またはべき方程式基盤形状を形成するために利用することができる。
【００４２】
新しいプロセスおよびシステムの一実施形態の概略図が図２０に示されており、概して参照番号１５０で識別される。プロセスは、回転スラスト軸受に対し、アクチュエータ装置上の切削工具の半径方向および軸方向軌跡を寸法的に可変させることによって形成される自由形態形状で構成されるスラストパッドを可能にする。スラスト軸受１５２は、たとえば、矢印１５６の方向に回転しているチャック（ｃｈｕｃｋ）または固定部材１５４内の適所に保持される。スラスト軸受は、固定具のジョー（ｊａｗ）１５８によって適所に保持される。スラストパッド１６０の上段外側の軸方向表面は、仕上げ機械加工されず、過剰材料１６１の薄い層またはストックがその上に残る。
【００４３】
切削工具１６２は、線形アクチュエータ機構１７０に結合される。機構１７０は、線形スライド部材１７４に結合される高周波線形アクチュエータ部材１７２を含み、したがって、アクチュエータ部材１７２がスラスト軸受１５２上のスラストパッド１６０の外面（または複数の面）に対して平行な軸に沿って移動可能である。線形スライドモータ１７６は、線形スライド部材１７４を作動させる。線形位置エンコーダ１７８は、スライドおよび切削工具を適切に位置させて移動させるのに使用される。
【００４４】
電子制御ユニット（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１８０は、切削工具がスラストパッドの外面上に残っている材料の薄い層を機械加工し、所望の最終プロファイルおよび面形状を提供することを可能にするように、線形アクチュエータを誘導する。これは、スラストパッドの面上に自由形態または任意の他の線形若しくは非線形幾何学的形状を提供することができる。
【００４５】
プロセスは、線形作動式切削工具に対してスピニングワークピースの同期化運動を提供しながら、切削工具軌跡を利用して所望の形状を生成する。制御器によって提供される方向は、スラストパッドプロファイルのデータベースから選択される特定スラストパッドプロファイルのユーザ選択によって決定される。このプロセスによって、スラストパッドの面を構成するための機械加工時間を短縮することができ、スラスト軸受の性能が改善されるであろう。
【００４６】
プロセスは、スラスト軸受パッドの幾何学的構造が従来のプロセスよりも速く、より高い精度で製造することを可能にする。また、べき方程式または「自由形態」プロファイルによって軸受荷重容量の増加および／または軸受大きさの減少も可能にする。プロファイルはまた、過度に設計されたスラスト軸受を除去することによってオイル充填損失を減少させるであろう。
【００４７】
図２１は、線形アクチュエータ１７０によるスラストパッド１６０上の切削工具１６２の位置決めおよび移動を概略的に示す。切削工具は、スラスト軸受が回転されるにつれて切削深さ、工具の半径方向位置、スラストパッドの各半径に対する工具の各パスに対する角位置（ａｎｇｕｌａｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を提供することなどのスラストパッドを機械加工することにおいての多数の移動を有する。これは、低いサイクル時間で高い精度で自由形態の形状を提供する。これは、高周波アクチュエータがスラストパッド（ら）の各々の指定位置に対する切削深さを決定するのに使用するルックアップテーブルをポピュレートすることによって、エクチュエータがソフトウェアプログラミング可能であるため可能である。プロセスは、経済的に線形および湾曲した（非線形）パッド表面を生成し、オイルの流れ、荷重容量および損失を最適化することができる。
【００４８】
プロセスはまた、好ましくは、スラストパッド表面の軌跡をプロファイリングし、自己補正を行い、これによってエラーが減少される閉ループプロセスである。リアルタイムで幾何学的な構造を測定してプロファイリングし、フィードバックを通じて任意のプロファイル軌跡エラーを補正するためにセンサが提供される。
【００４９】
プロファイリング機械の制御、および適切な位置信号の提供のために代表的なフロー図２００が図２２に示されている。フロー図は、所望の自由形態のパッドプロファイルを有するプログラミング可能なルックアップテーブル２１０から始まる。これは、ユーザインターフェースおよびデータ取得システムを有するコンピュータ制御器２２０にデータおよび命令を提供する。最適には、この段階は、反復学習制御（ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ  ｌｅａｒｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｒｏｌ：ＲＬＣ）のための閉ループフィードバックであり得る。制御器２２０は、移動するために線形スライドモータ２３０に入力を提供し、次いで生成された信号を線形スライド位置エンコーダに提供する。その後、このデータ信号は、コンピュータ制御器２２０に供給される。
【００５０】
同時に、コンピュータ制御器２２０は、切削工具機械加工プロセス、回転チャックおよびスラスト軸受も制御する信号を高周波アクチュエータ２５０に提供する。チャック角位置エンコーダ２４０は、位置信号をコンピュータ制御器２２０に転送する。
【００５１】
代替として、プロファイルセンサリアルタイムプロファイル反復学習制御（ＲＬＣ）２６０を利用することができる。
【００５２】
また、ターボチャージャーまたはターボ機械の作動中にスラストパッド面およびプロファイルが、これらに加えられる荷重下にプロファイルをわずかに変更させる可能性があるということが公知されている。これは、スラストパッド面の形成中に考慮することができる。本発明によると、この要因は、コンピュータ制御器２２０に供給されるコンピュータプログラムにおいて考慮することができる。したがって、スラストパッド上の最終プロファイルは、スラスト軸受が設計される作業中に実際使用のために最適化され得る。
【００５３】
本発明が１つ以上の実施形態に関連して説明されているが、説明している特定メカニズムおよび技術は、単に本発明の原理を説明するためのものであり、添付された特許請求の範囲によって定義されているように、本発明の思想および範囲を逸脱せずに、説明された方法および装置に対して様々な修正が行われ得るということを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月20日(2019.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体−膜（ｆｌｕｉｄ−ｆｉｌｍ）スラスト軸受であって：
一側面上に第１表面および前記第１表面から反対側面上に第２表面を有するディスク部材を含み；
前記第１表面は、その上に複数のスラストパッド部材を有し、前記スラストパッド部材各々は、軸方向に配向された外面を有し；
前記軸方向に配向された外面各々は、その少なくとも一部分上に湾曲したプロファイル形状（ｃｕｒｖｅｄ  ｐｒｏｆｉｌｅ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を有し；
前記湾曲したプロファイル形状は、前記第１表面へと垂直になって延びかつ非線形幾何方程式（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）によって定義される、流体−膜スラスト軸受。
【請求項２】
前記ディスク部材内に中央開口をさらに含み、前記ディスク部材は、シャフト部材上に位置決めすることができ、前記スラストパッド部材は、楔形の構成を有する、請求項１に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項３】
前記パッド部材は、前記第１表面上に円形配向に配置され、前記スラスト軸受は、ターボチャージャー・スラスト軸受である、請求項１に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項４】
前記第１表面上に位置した複数の流体チャンネルをさらに含み、流体は、前記第１表面上の前記パッド部材に適用され得る、請求項１に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項５】
前記第２表面は、その上に前記スラストパッド部材を有する、請求項１に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項６】
前記第２表面上の前記スラストパッド部材各々は、外面が湾曲したプロファイル形状を有する楔形の構成を有する、請求項５に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項７】
前記第２表面上の前記スラストパッド部材の前記外面上の前記湾曲したプロファイル形状は、前記第１表面上の前記スラストパッド部材の前記外面上の前記湾曲したプロファイル形状を定義する同一の方程式によって定義される、請求項６に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項８】
前記湾曲したプロファイル形状は、方程式ｈ＝ａ（ｘ）ｋによって定義され；ここで「ｈ」は、前記スラストパッド部材上に配置されたデータに対するパッド高さであり、「ａ」は、定数であり、「ｘ」は、前記軸方向に配向された外面上の点位置であり、「ｋ」は、べき（ｐｏｗｅｒ）である、請求項１に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項９】
前記第２表面は、その上に前記スラストパッド部材を、請求項８に記載の流体−膜スラスト軸受。
【請求項１０】
「ｋ」は、１超過である、請求項８に記載の流体スラスト軸受。
【請求項１１】
スラスト軸受の第１表面上にスラストを形成する方法であって：
前記スラスト軸受の第１表面上に一体に形成された複数のスラストパッドを有するスラスト軸受を提供することであって、前記スラストパッド各々が前方面（ｆｒｏｎｔ  ｆａｃｅ）を有する、前記スラスト軸受を提供することと；
スラストパッドプロファイルを選択または入力することと；
装置を提供することであって、前記装置は、
アクチュエータ、
前記スラストパッド各々の前記前方面を機械加工するために前記アクチュエータに結合された切削工具、および
アクチュエータを誘導するための制御器を含む、前記装置を提供することと；および
前記スラスト軸受の前記第１表面上の前記スラストパッドの前記前方面上に前記スラストパッドプロファイルを機械加工して、前記第１表面へと垂直になって延びかつ前方面上に幾何方程式によって定義される非線形テーパプロファイルを提供することと；を含む、スラストパッドを形成する方法。
【請求項１２】
前記スラスト軸受は、ターボチャージャー・スラスト軸受である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スラストパッドの前記前方面の機械加工は、前記前方面上に幾何方程式によって定義される非線形テーパプロファイルを提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記スラストパッドの前記前方面の機械加工は、前記前方面上に自由形態のプロファイルを提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１表面に対向する前記スラスト軸受の第２表面上に第２複数のスラストパッドを提供することであって、前記第２複数のスラストパッド各々は、前方面を有する、前記第２複数のスラストパッドを提供すること；および
前記第２複数のスラストパッド各々の前記前方面上にスラストパッドプロファイルを機械加工することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
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